IKEv2的密钥生成过程

在IKEv2的头两个消息中，通信双方会协商一系列的安全参数。包括，一个加密算法，一个完整性算法，一个DH Group，以及一个PRF伪随机数算法。其中，PRF算法被通信双方用来生成即将被用到的各种密钥。

 

在讨论密钥生成之前，先了解下IKEv2通信需要哪些密钥。首先，加解密需要一对密钥，称之为SK_ei和SK_er；然后，完整性算法需要一对密钥，称之为SK_ai和SK_ar；第三，在生成AUTH payload时也需要一对密钥，称之为SK_pi和SK_pr；最后，为了给Child SA生成加密材料，也需要一个密钥，称之为SK_d。

 

这些密钥，有的是固定长度，比如DES算法的密钥长度固定是56比特，而有些算法，比如AES算法，其密钥程度可能是128比特，也可能是192或者256比特。那么在协商时，双方需要通过一个额外的属性来协商出密钥长度。当协商结束完成之后，双方应该在算法和密钥长度方面都达成了一致。而SK_d，SK_Pi和SK_pr的长度则是PRF算法所需要的密钥长度，因为它们最终被用作PRF算法的密钥。

 

密钥的计算过程如下：

Pfr+ (K, S) = T1 | T2 | T3 | T4 …

 

其中：

T1 = prf (K, S | 0x01)

T2 = prf (K, T1 | S | 0x02)

T3 = prf (K, T2 | S | 0x03)

T4 = prf (K, T3 | S | 0x04)

…

 

如何理解以上过程呢？

以T1 = prf (K, S | 0x01)为例，K和S | 0x01为这个prf算法的输入，T1是它的计算结果。分隔符‘|’表示连接的意思，比如S的值是”0x08 0x07 0x06 0x05”，那么 S | 0x01的结果是” 0x080x07 0x06 0x05 0x01”。

 

T2，T3和T4的计算则是一个迭代的过程，将上一次的计算结果作为这一次的输入的一部分。最后Prf+则是将多次的计算结果连接起来，形成最终的结果。迭代结束的条件是，T1 | T2 | … | Tn 的长度超过所有需要的7个密钥长度之和。

 

了解了密钥的计算过程，那么一下的IKEv2密钥生成就很好理解了：

SKEYSEED = prf (Ni | Nr, g^ir)

{ SK_d | SK_ai | SK_ar | SK_ei | SK_er |SK_pi | SK_pr } = prf+ (SKEYSEED, Ni | Nr | SPIi | SPIr)

 

计算过程分成两步：第一步，根据协商的随机数Ni, Nr和DH大数g^ir算出prf+算法的第一个参数SKEYSEED，然后取Ni | Nr | SPIi | SPIr作为第二个参数，用prf算法反复迭代，直到输出的长度超过7个SK的总长度。然后将输出的结果从前往后进行截取，第一个为SK_d，第二个为SK_ai，然后分别为SK_ar，SK_ei，SK_er，SK_pr，SK_pr。